[發(fā)明專利]一種基于曲率濾波的三維點云畸變校正方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201511002947.7
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN105631939B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡國榕;王宗躍;陳水利;吳云東;劉偉權(quán);梁宗旗
• 申請（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務(wù)所 44275
• 代理人: 張明

本發(fā)明公開了一種基于曲率濾波的三維點云畸變校正方法及其系統(tǒng)，方法包括：獲取三維點云模型；獲取所述三維點云模型中的各個點n_i的K鄰域；在所述點n_i的K鄰域中選取平面，獲取平面集A_i；分別計算點n_i到所述平面集A_i中的平面的投影距離，確定最短距離d_i；將點n_i垂直投影到所述最短距離d_i對應(yīng)的平面，獲取點n_i在所述最短距離d_i對應(yīng)的平面上的投影點m_i；輸出所述投影點m_i。本發(fā)明可減小計算復(fù)雜度，可以有效地去除點云中的噪聲點與離群點，很好地平滑點云模型，同時很好地保持了物體的細(xì)節(jié)和幾何特征未出現(xiàn)畸變，提高平滑點云數(shù)據(jù)的效果與效率，具有高效性和通用性等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維重建技術(shù)，尤其涉及一種基于曲率濾波的三維點云畸變校正方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)(3D Laser Scanning Technology)可以連續(xù)、自動、不接觸、快速地采集大量的目標(biāo)物表面三維點數(shù)據(jù)，即建點云(Point Clouds)。它是一種先進的全自動高精度立體掃描技術(shù)，是用三維激光掃描儀獲取目標(biāo)物體表面各點的空間坐標(biāo)，然后由獲得的測量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造出目標(biāo)物的三維模型的一種全自動測量技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)是繼GPS之后的又一項測繪新技術(shù)，已成為空間數(shù)據(jù)獲取的重要技術(shù)手段。

然而，在獲取點云數(shù)據(jù)時，由于設(shè)備精度、操作者經(jīng)驗、環(huán)境因素等帶來的影響，以及磁波衍射特性、被測物體表面性質(zhì)變化和數(shù)據(jù)拼接配準(zhǔn)操作過程的影響，點云數(shù)據(jù)中將不可避免地出現(xiàn)一些噪聲點。實際應(yīng)用中除了這些測量隨機誤差產(chǎn)生的噪聲點之外，由于受到外界干擾如實現(xiàn)遮擋，障礙物等因素的影響，點云數(shù)據(jù)中往往存在著一些離主體點云即被測物體點云較遠(yuǎn)的離散點，即離群點。這些產(chǎn)生的噪聲點與離群點對后續(xù)的點云處理流程影響很大，只有將噪聲點與離群點進行處理后，才能更好地進行配準(zhǔn)、特征提取、曲面重建、可視化等后續(xù)處理。

去除點云的噪聲點與離群點的處理又可稱為點云平滑或者點云光順，也可稱為三維點云畸變校正。由于三維模型幾何特征的多樣性和噪聲本身的復(fù)雜性，故如何在光順的同時有效地保持模型的特征是一個亟待解決的問題。

目前，比較流行的光順?biāo)惴ù笾驴煞譃橐韵氯悾阂活愂抢绽构忭標(biāo)惴ǎ活愂腔跒V波器的鄰域光順?biāo)惴ǎ€有一類是基于平均曲率流的光順?biāo)惴ā＠绽顾惴ㄊ墙陙淼玫綇V泛應(yīng)用的一種算法，該算法能有效地調(diào)整網(wǎng)格使其密度和形狀都接近規(guī)則化，但是對于網(wǎng)格分布不均勻和含有大量不規(guī)則三角面片的樣件模型，這種過于均勻化的調(diào)整方法會導(dǎo)致原始模型的失真與變形。基于濾波器的鄰域光順?biāo)惴m然能夠保持物體的幾何特征，但是無法控制物體體積的變化，某些情況下會造成網(wǎng)格的變形與扭曲。平均曲率流算法雖然可以得到光順的效果，但是該算法未能很好地保持網(wǎng)格形狀，容易產(chǎn)生大量不規(guī)則的三角面片。

在申請?zhí)枮?01310483737.9的專利公開文件中，提出了一種點云平滑系統(tǒng)，包括：輸入模塊、處理模塊、計算模塊、擬合模塊、投影模塊及輸出模塊。利用上述模塊，可對產(chǎn)品的點云數(shù)據(jù)構(gòu)建曲面并進行三角網(wǎng)格化；根據(jù)相鄰點之間的距離標(biāo)記相點；確定每個相點的鄰域點；確定每個相點所在的元素的類型；將在預(yù)設(shè)類型的元素上的相點及對應(yīng)的鄰域點擬合成相對應(yīng)的預(yù)設(shè)類型的面；根據(jù)所述相點的坐標(biāo)將所述相點投影至與該相點對應(yīng)的擬合后的面上，并確定所述相點對應(yīng)的投影點的坐標(biāo)；及輸出所有相點對應(yīng)的投影點的坐標(biāo)。但該方法需要構(gòu)建曲面并進行三角網(wǎng)格化，較為復(fù)雜。